RU2539561C2 - Газогенератор для конверсии топлива в обедненный кислородом газ и/или обогащенный водородом газ, его применение и способ конверсии топлива в обедненный кислородом газ и/или обогащенный водородом газ (его варианты) - Google Patents

Газогенератор для конверсии топлива в обедненный кислородом газ и/или обогащенный водородом газ, его применение и способ конверсии топлива в обедненный кислородом газ и/или обогащенный водородом газ (его варианты) Download PDF

Info

Publication number
RU2539561C2
RU2539561C2 RU2010151606/07A RU2010151606A RU2539561C2 RU 2539561 C2 RU2539561 C2 RU 2539561C2 RU 2010151606/07 A RU2010151606/07 A RU 2010151606/07A RU 2010151606 A RU2010151606 A RU 2010151606A RU 2539561 C2 RU2539561 C2 RU 2539561C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
gas
oxygen
hydrogen
catalytic
fuel
Prior art date
Application number
RU2010151606/07A
Other languages
English (en)
Other versions
RU2010151606A (ru
Inventor
Хассан МОДАРРЕСИ
Original Assignee
Топсеэ Фюэль Селл А/С
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Топсеэ Фюэль Селл А/С filed Critical Топсеэ Фюэль Селл А/С
Publication of RU2010151606A publication Critical patent/RU2010151606A/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2539561C2 publication Critical patent/RU2539561C2/ru

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B3/00—Hydrogen; Gaseous mixtures containing hydrogen; Separation of hydrogen from mixtures containing it; Purification of hydrogen
    • C01B3/02—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen
    • C01B3/32—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide, air
    • C01B3/34—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide, air by reaction of hydrocarbons with gasifying agents
    • C01B3/38—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide, air by reaction of hydrocarbons with gasifying agents using catalysts
    • C01B3/386—Catalytic partial combustion
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B13/00—Oxygen; Ozone; Oxides or hydroxides in general
    • C01B13/02—Preparation of oxygen
    • C01B13/0229—Purification or separation processes
    • C01B13/0248—Physical processing only
    • C01B13/0259—Physical processing only by adsorption on solids
    • C01B13/0281—Physical processing only by adsorption on solids in getters
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B3/00—Hydrogen; Gaseous mixtures containing hydrogen; Separation of hydrogen from mixtures containing it; Purification of hydrogen
    • C01B3/02—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen
    • C01B3/32—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide, air
    • C01B3/34—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide, air by reaction of hydrocarbons with gasifying agents
    • C01B3/48—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide, air by reaction of hydrocarbons with gasifying agents followed by reaction of water vapour with carbon monoxide
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04223—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids during start-up or shut-down; Depolarisation or activation, e.g. purging; Means for short-circuiting defective fuel cells
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04223—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids during start-up or shut-down; Depolarisation or activation, e.g. purging; Means for short-circuiting defective fuel cells
    • H01M8/04225—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids during start-up or shut-down; Depolarisation or activation, e.g. purging; Means for short-circuiting defective fuel cells during start-up
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04223—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids during start-up or shut-down; Depolarisation or activation, e.g. purging; Means for short-circuiting defective fuel cells
    • H01M8/04228—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids during start-up or shut-down; Depolarisation or activation, e.g. purging; Means for short-circuiting defective fuel cells during shut-down
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/043—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems applied during specific periods
    • H01M8/04302—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems applied during specific periods applied during start-up
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/043—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems applied during specific periods
    • H01M8/04303—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems applied during specific periods applied during shut-down
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/06—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues
    • H01M8/0606—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues with means for production of gaseous reactants
    • H01M8/0612—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues with means for production of gaseous reactants from carbon-containing material
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/02—Processes for making hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/025—Processes for making hydrogen or synthesis gas containing a partial oxidation step
    • C01B2203/0261—Processes for making hydrogen or synthesis gas containing a partial oxidation step containing a catalytic partial oxidation step [CPO]
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/02—Processes for making hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/0283—Processes for making hydrogen or synthesis gas containing a CO-shift step, i.e. a water gas shift step
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/04—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas containing a purification step for the hydrogen or the synthesis gas
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/04—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas containing a purification step for the hydrogen or the synthesis gas
    • C01B2203/0435—Catalytic purification
    • C01B2203/0445—Selective methanation
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/04—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas containing a purification step for the hydrogen or the synthesis gas
    • C01B2203/0465—Composition of the impurity
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/04—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas containing a purification step for the hydrogen or the synthesis gas
    • C01B2203/0465—Composition of the impurity
    • C01B2203/047—Composition of the impurity the impurity being carbon monoxide
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/06—Integration with other chemical processes
    • C01B2203/066—Integration with other chemical processes with fuel cells
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/08—Methods of heating or cooling
    • C01B2203/0805—Methods of heating the process for making hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/0811—Methods of heating the process for making hydrogen or synthesis gas by combustion of fuel
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/08—Methods of heating or cooling
    • C01B2203/0805—Methods of heating the process for making hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/0811—Methods of heating the process for making hydrogen or synthesis gas by combustion of fuel
    • C01B2203/0822—Methods of heating the process for making hydrogen or synthesis gas by combustion of fuel the fuel containing hydrogen
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/08—Methods of heating or cooling
    • C01B2203/0805—Methods of heating the process for making hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/0811—Methods of heating the process for making hydrogen or synthesis gas by combustion of fuel
    • C01B2203/0827—Methods of heating the process for making hydrogen or synthesis gas by combustion of fuel at least part of the fuel being a recycle stream
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/08—Methods of heating or cooling
    • C01B2203/0872—Methods of cooling
    • C01B2203/0883—Methods of cooling by indirect heat exchange
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/10—Catalysts for performing the hydrogen forming reactions
    • C01B2203/1041—Composition of the catalyst
    • C01B2203/1047—Group VIII metal catalysts
    • C01B2203/1064—Platinum group metal catalysts
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/10—Catalysts for performing the hydrogen forming reactions
    • C01B2203/1041—Composition of the catalyst
    • C01B2203/1047—Group VIII metal catalysts
    • C01B2203/1064—Platinum group metal catalysts
    • C01B2203/107—Platinum catalysts
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/14—Details of the flowsheet
    • C01B2203/142—At least two reforming, decomposition or partial oxidation steps in series
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/14—Details of the flowsheet
    • C01B2203/146—At least two purification steps in series
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/16—Controlling the process
    • C01B2203/1685—Control based on demand of downstream process
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/80—Aspect of integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas not covered by groups C01B2203/02 - C01B2203/1695
    • C01B2203/82—Several process steps of C01B2203/02 - C01B2203/08 integrated into a single apparatus
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/10—Fuel cells with solid electrolytes
    • H01M8/12—Fuel cells with solid electrolytes operating at high temperature, e.g. with stabilised ZrO2 electrolyte
    • H01M2008/1293—Fuel cells with solid oxide electrolytes
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P20/00—Technologies relating to chemical industry
    • Y02P20/10—Process efficiency
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P20/00—Technologies relating to chemical industry
    • Y02P20/50—Improvements relating to the production of bulk chemicals
    • Y02P20/52—Improvements relating to the production of bulk chemicals using catalysts, e.g. selective catalysts

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Catalysts (AREA)
  • Hydrogen, Water And Hydrids (AREA)
  • Fuel Cell (AREA)

Abstract

Настоящее изобретение относится к газогенератору для конверсии топлива в обедненный кислородом газ и/или обогащенный водородом газ, который может быть использован в любом процессе, требующем обедненного кислородом газа и/или обогащенного водородом газа, предпочтительно, используют его для генерирования защитного газа или восстановительного газа для запуска, выключения или аварийного отключения твердооксидного топливного элемента (SOFC) или твердооксидного элемента электролиза (SOEC). Настоящее изобретение предлагает способ конверсии топлив в обедненный кислородом газ и/или обогащенный водородом газ, который предусматривает каталитическое сжигание топлива в первой каталитической горелке, сжигание дымового газа во второй каталитической горелке, а также снижение количества кислорода и моноокиси углерода. Изобретение позволяет увеличивать работоспособность твердооксидных топливных элементов и обеспечить безопасность их работы. 3 н. и 10 з.п. ф-лы, 4 ил., 1 пр.

Description

Область изобретения
Настоящее изобретение относится к газогенераторам, в особенности к газогенератору для конверсии топлива в обедненный кислородом газ (защитный газ) и/или обогащенный водородом газ (восстановительный газ), его применению и способу конверсии топлива в обедненный кислородом газ и/или обогащенный водородом газ (его вариантам).
В настоящем приложении термин "обедненный кислородом газ" или "защитный газ" означает дымовой газ от процесса сгорания, из которого кислород был, по существу, удален. Тем самым защитный газ представляет собой, главным образом, смесь из пара (водяного пара), азота и двуокиси углерода. С другой стороны, термин "обогащенный водородом газ" или "восстановительный газ" означает синтез-газ, из которого, по существу, была удалена окись углерода. Таким образом, восстановительный газ представляет собой, главным образом, смесь из водяного пара, азота, водорода и двуокиси углерода.
Уровень техники
Топливные элементы напрямую конвертируют химическую энергию топлива в электричество. Недавнее усовершенствование направлено на улучшение работы твердооксидных топливных элементов (SOFCs), потому что эти топливные элементы способны конвертировать широкую разновидность топлив с высокой эффективностью.
Отдельный SOFC содержит плотный твердооксидный электролит, помещенный между анодом (топливный электрод) и катодом (кислородный электрод), причем указанные анод и катод каждый имеет тонкие поры или каналы для подачи реагентов. После пропускания кислородсодержащего газа, такого как воздух, вдоль катода, молекулы кислорода входят в контакт с поверхностью раздела катод/электролит, где их электрохимически восстанавливают до ионов кислорода. Эти ионы диффундируют в материал электролита и мигрируют к аноду, где они электрохимически окисляют топливо на поверхности раздела анод/электролит. Электрохимические реакции внутри топливного элемента обеспечивают электричество для внешней цепи. Топливный элемент далее может содержать носитель, имеющий тонкие поры или каналы, которые дают возможность контролируемого распределения топлива. Множество SOFCs может быть соединено последовательно через соединения, формируя так называемую "батарею SOFC".
SOFC может работать в обратном направлении, то есть в качестве твердооксидного элемента электролиза (SOEC), который прямо конвертирует электричество в химическую энергию топлива. Например, электрохимическое разложение водяного пара приводит к водороду и кислороду, или электрохимическое разложение двуокиси углерода приводит к окиси углерода и кислороду. Это означает, что электролиз смеси водяного пара и двуокиси углерода приводит к смеси водорода и окиси углерода (синтез-газу), который, в свою очередь, может быть конвертирован в топливо, такое как метанол или диметиловый эфир (DME), с использованием известных технологий этого процесса. SOFC имеют потенциал эффективной конверсии возобновляемых источников энергии, таких как энергия ветра, энергия фотовольтаики или гидроэлектроэнергия. Последние разработки направлены на реверсивные твердооксидные элементы (SOCs), которые могут быть использованы и как SOFC, и как SOEC.
Анод и катод SOFC изготовлены из материалов, обладающих электропроводностью, но не проводящих ионы, тогда как ее электролит изготовлен из материала, проводящего ионы, но не обладающего электропроводностью.
Подходящие материалы для катода, электролита и анода SOFCs известны в технологии (см., например, патент США US-B-7498095 и публикацию международной заявки WO-A-01/43524). Обычно используемый материал катода представляет собой манганит стронция и лантана (LSM), кермет, такой как окись иттрия, стабилизированная двуокисью циркония (YSZ), или их композит. Материал анода представляет собой обычно кермет, такой как YSZ. Если в качестве топлива используют водород, его электрохимически окисляют ионами кислорода на поверхности раздела анод/электролит. В случае использования в качестве топлива углеводорода, такого как метан, добавляют к материалу анода катализатор реформинга, такой как никель. Этот катализатор способствует конверсии топлива в водород, известной как внутренний реформинг. Материал твердоокисного электролита представляет собой обычно керамический материал, такой как YSZ, который демонстрирует достаточную проводимость ионов только при высоких температурах. Следовательно, SOFC должны эксплуатироваться при повышенной температуре (обычно, по меньшей мере, 300°С), чтобы достигать высокой плотности тока и выходной мощности.
Анод, содержащий катализатор реформинга, неустойчив к кислороду в то время, когда SOFC нагревают до температуры выше определенной температуры, то есть около 200°С. Кислород при повышенных температурах может повреждать анодный катализатора реформинга вследствие его низкой устойчивости к реакциям окисления-восстановления. Следовательно, батарея SOFC должна быть защищена от окислительного газа при начале работы и ее окончании.
Публикация международной заявки WO-A-2008/001119 раскрывает использование газовой оболочки на основе инертного газа при выключении батареи SOFC. Эта публикация далее раскрывает использование каталитического реактора частичного окисления для производства восстановительного газа, который содержит окись углерода и водород, чтобы предохранять батарею SOFC от окислительного газа при запуске и выключении.
Одно преимущество восстановительного газа состоит в том, что только анодные каналы должны быть продуты, в то время как на катодной стороне воздух может быть использован для нагревания или охлаждения при запуске и выключении, соответственно. Водород может, в основном, предохранять частицы никеля на поверхности анода от реакции с ионами кислорода, которые могут быть перемещены от катода к аноду через электролит.
Однако восстановительный газ имеет два главных недостатка. Во-первых, водород и окись углерода не могут быть выброшены в атмосферу. Каталитическая горелка системы SOFC должна работать при включении и выключении топливного элемента, чтобы сжигать токсичные и взрывчатые газы. Это может вызывать некоторые трудности относительно работоспособности и безопасности процесса.
Во-вторых, окись углерода при низких температурах (обычно ниже 300°С) может вступать в реакцию с наночастицами никеля на поверхности анода и на катализаторе предварительного реформинга/реформинга, что ведет к формированию карбонила никеля (Ni(CO)4; температура кипения 43°С). Карбонил никеля является высоколетучим и чрезвычайно токсичным. Даже низкая концентрация этого соединения в воздухе может быть смертельной (LC50=3 ppm). Кроме того, карбонил никеля может термически разлагаться внутри каталитической горелки, что ведет к дезактивации катализатора.
С другой стороны, защитный газ может быть легко выброшен в атмосферу и не взаимодействует с материалами топливного элемента и катализатором. Однако он не может предохранять катализатор реформинга на поверхности анода от ионов кислорода, которые могут диффундировать через твердый электролит со стороны катода. Эта проблема более серьезна при высоких температурах, близких к рабочей температуре топливного элемента, когда ионная электропроводность электролита высокая.
Следовательно, защитный газ может быть использован, когда батарея SOFC имеет температуру ниже 300°С, в то время как каталитическая горелка не может работать. Обычно, выше этой температуры, температура каталитической горелки в системе находится за пределами минимальной рабочей температуры; следовательно, восстановительный газ может быть использован, чтобы предохранять батарею SOFC. Так как восстановительный газ имеет низкое содержание окиси углерода, меньше шансов для образования нагара.
Описанные выше проблемы также возникают при запуске и выключении SOEC.
Сущность изобретения
Задача настоящего изобретения состоит в том, чтобы предложить газогенератор для конверсии топлива в обедненный кислородом газ и/или обогащенный водородом газ, подходящий для использования в различных применениях.
Другая задача изобретения состоит в том, чтобы предложить способы конверсии топлив в обедненный кислородом газ и/или обогащенный водородом газ.
Настоящее изобретение представляет собой газогенератор для конверсии топлива в обедненный кислородом газ и/или обогащенный водородом газ, который содержит следующие устройства, объединенные внутри оболочки реактора и установленные последовательно:
- первичная каталитическая горелка или зона каталитического частичного окисления,
за ней
- вторичная каталитическая горелка для проведения сжигания или каталитического частичного окисления,
- охлаждающие устройства для охлаждения дымовых газов от первичной и/или вторичной каталитических горелок или от зоны каталитического частичного окисления,
- абсорбер кислорода для поглощения кислорода из дымового газа вторичной каталитической горелки, за которым следует
- реактор конверсии или метанатор для конверсии окиси углерода в дымовом газе от вторичной каталитической горелки до двуокиси углерода или метана.
Настоящее изобретение также направлено на использование указанного газогенератора в процессе, требующем обедненного кислородом газа и/или обогащенного водородом газа, и в особенности на использование этого газогенератора для генерирования защитного газа или восстановительного газа для запуска, выключения или аварийного отключения SOFC или SOEC.
Преимущество газогенератора согласно настоящему изобретению состоит в том, что нет необходимости во внешнем источнике газа или материале для защиты блока топливных элементов при процессах запуска и выключения системы топливных элементов. Используют систему топлива, которое может быть газом или жидкостью, для производства защитного/восстановительного газа, чтобы либо предохранять, либо уменьшать батарею топливных элементов и других пирофорных компонентов в системе топливных ячеек.
Настоящее изобретение далее представляет собой способ конверсии топлива в обедненный кислородом газ и/или обогащенный водородом газ, причем этот способ содержит стадии:
- каталитического сжигания топлива в первичной каталитической горелке кислородсодержащим газом, чтобы произвести дымовой газ, содержащий кислород,
за которым следует
- сжигание или частичное окисление дымового газа, содержащего кислород с избытком топлива, во вторичной каталитической горелке, чтобы произвести газ, содержащий водород и окись углерода, или газ, содержащий следы кислорода,
и либо
- уменьшение следовых количеств кислорода в газе, содержащем следы кислорода, и получения обедненного кислородом газа, либо
- уменьшение количества окиси углерода, присутствующей в газе, содержащем водород и окись углерода, каталитической конверсией до двуокиси углерода или метана, чтобы получать обогащенный водородом газ.
Кроме того, настоящее изобретение обеспечивает способ конверсии топлива в обедненный кислородом газ и/или обогащенный водородом газ, причем этот способ содержит стадии:
- каталитического частичного окисления топлива в первичной каталитической горелке кислородсодержащим газом, чтобы произвести дымовой газ, содержащий окись углерода и водород,
за которой следует
- сжигания дымового газа, содержащего окись углерода и водород, во вторичной каталитической горелке, чтобы произвести газ, состоящий из следов кислорода, двуокиси углерода, водяного пара и инертных компонентов (включая азот и благородные газы), или газ, содержащий водород и окись углерода, причем некоторое количество окиси углерода, присутствующей после сжигания дымового газа во вторичной каталитической горелке, снижают по сравнению с количеством, присутствующим перед сжиганием дымового газа во вторичной каталитической горелке,
за которой следует либо
- уменьшения количества кислорода в газе, состоящем из следов кислорода, двуокиси углерода, водяного пара и инертных компонентов, и получения обедненного кислородом газа,
либо
- конверсии окиси углерода, присутствующей в газе, содержащем водород и окись углерода, до двуокиси углерода или метана, и получения обогащенного водородом газа.
Предпочтительные варианты исполнения настоящего изобретения сформулированы в зависимых пунктах формулы изобретения.
Краткое описание чертежей
Фиг.1 представляет собой схематический чертеж, показывающий один способ действия газогенератора согласно настоящему изобретению.
Фиг.2 представляет собой схематический чертеж, показывающий другой способ действия газогенератора согласно настоящему изобретению.
Фиг.3 представляет собой схематический чертеж, показывающий специфический вариант выполнения газогенератора согласно настоящему изобретению.
Фиг.4 показывает типичную конфигурацию системы для системы SOFC на основе природного газа, в которую интегрирован газогенератор.
Подробное описание изобретения
Газогенератор и способы конверсии топлив в обедненный кислородом газ и/или обогащенный водородом газ по настоящему изобретению описаны ниже подробно со ссылкой на чертежи.
Газогенератор по настоящему изобретению содержит первичную каталитическую горелку или зону каталитического частичного окисления; вторичную каталитическую горелку для проведения сжигания или каталитического частичного окисления; охлаждающие устройства для охлаждения дымовых газов от первичной и/или вторичной каталитических горелок или от зоны каталитического частичного окисления; абсорбер кислорода для поглощения кислорода из дымового газа вторичной каталитической горелки и реактор конверсии или метанатор для конверсии окиси углерода в дымовом газе от вторичной каталитической горелки до двуокиси углерода или метана.
Первичная каталитическая горелка или зона каталитического частичного окисления и вторичная каталитическая горелка содержат подходящие катализаторы сжигания. Примеры таковых включают катализаторы, содержащие в качестве активных компонентов платину, палладий, медь, марганец и/или хром, импрегнированные на пористом керамическом носителе в форме монолита или в форме цилиндров или сфер, расположенных в неподвижном слое, как описано в заявке ЕПВ ЕР-А-504937; причем катализаторы включают оксид металла, обладающего более чем одним состоянием окисления (такой как окись олова или окись марганца), рутений, и, по меньшей мере, один другой благородный металл, выбранный из платины, палладия, золота, родия и серебра, и, по меньшей мере, один промотор, выбранный из окиси железа, окиси никеля, окиси кобальта и окиси вольфрама, описанный в заявке на патент США US-A-2006/88459; и катализаторы содержат носитель из окиси алюминия, имеющий распределенный на ее поверхности, по меньшей мере, один каталитический металл, выбранный из платины, палладия, родия и иридия, предпочтительно, сочетания платины и, по меньшей мере, одного из родия и иридия, описанного в патенте США US-A-4111848. Примеры других каталитических материалов, подходящих для использования в первичной каталитической горелке или зоне каталитического частичного окисления, включают палладий и платину, возможно, в сочетании с родием, иридием, осмием или рутением. Эти каталитические материалы могут быть дополнены обычными металлами, такими как хром, медь, ванадий, кобальт, никель или железо. Каталитические материалы могут быть нанесены на монолитный носитель, имеющий множество тонко разделенных проходов для газа. Материал носителя может быть керамическим пористым материалом, состоящим из одного или нескольких оксидов металлов, таких как окись алюминия, алюмосиликат, алюмосиликат с двуокисью титана, муллит, кордиерит, двуокись циркония, двуокись циркония-шпинель, двуокись циркония-муллит или карбид кремния. Такие катализаторы раскрыты в патенте США US-A-4522894. Другие подходящие катализаторы описаны в патентах США US-A-5628931, US-A-6110861 и публикации международной заявки WO-A-98/55227. Примеры коммерчески доступных катализаторов сжигания включают катализаторы на основе меди, марганца, алюминия, платины и палладия, доступные от Haldor Topsoe A/S.
Форма катализаторов для использования в настоящем изобретении может быть любой подходящей формой. Это может быть обычный неподвижный слой из гранул катализатора, сетка, каталитическое твердое тело или структурированный катализатор.
В случае каталитического твердого тела, каталитический материал добавляют непосредственно на поверхность металла. Тонкий слой суспензии, содержащей предшественник керамики, наносят на поверхность металла посредством распыления, окраски, погружения или подобным образом. После нанесения покрытия суспензию высушивают и прокаливают при температуре обычно в интервале от 350°С до 1000°С. Наконец, керамический слой импрегнируют каталитическим материалом. В ином случае, каталитически активный материал наносят одновременно с предшественником керамики. Каталитическое твердое тело для использования в настоящем изобретении может быть либо катализатором, присоединенным непосредственно к стенке канала, в котором течет обрабатываемый газ, либо катализатором, присоединенным к металлическому структурированному элементу, формирующему структурированный катализатор. Этот структурированный элемент служит, чтобы обеспечить носитель для катализатора. Кроме того, каталитическое твердое тело может быть использовано в форме катализатора, нанесенного в металлическую или керамическую структуру, которая присоединена к стенке реактора, например, в форме сетки.
Структурированные элементы представляют собой устройства, содержащие множество слоев с каналами потока, присутствующими между примыкающими слоями. Этим слоям придают такую форму, чтобы размещение примыкающих слоев вместе приводило к элементу, в котором каналы потока могли, например, пересекаться друг с другом или могли формировать прямые каналы. Структурированные элементы далее описаны в патентах США US-A-5536699, US-A-4985230, заявках ЕПВ ЕР-А-396650, ЕР-А-433223 и ЕР-А-208929.
Два типа структурированных элементов являются особенно подходящими для использования в настоящем изобретении: элементы с прямыми каналами и элементы с перекрестным рифлением. Элементы с прямыми каналами требуют адиабатических условий, и возможны различные геометрии этих элементов. Элементы с перекрестным рифлением позволяют эффективную теплопередачу от стенок реактора газовому потоку. Другие каталитические структурированные элементы также могут быть использованы в настоящем изобретении, такие как структурированные элементы с высокой площадью поверхности. Примеры структурированных катализаторов включают каталитические монолиты, каталитические структуры с перекрестным рифлением и каталитические кольца (такие как кольца Палля). Как в случае каталитического твердого тела, нанесенного непосредственно на стенку реактора, так и структурированных катализаторов, количество катализатора может быть подобрано к требуемой каталитической активности для реакций переработки при данных рабочих условиях. В этом случае, чем ниже падение давления, тем меньше требуемое количество катализатора, что особенно выгодно при использовании дорогих благородных металлов.
Термическая горелка может быть расположена выше первичной каталитической горелки или зоны каталитического частичного окисления. Термическая горелка может быть использована, чтобы нагревать катализатор до рабочей температуры в ходе фазы запуска. Термическая горелка может содержать устройство, воспламеняющее топливо, которое может быть свечой зажигания, электрической нитью или электрическим нагревателем. Выбор подходящего устройства зажигания зависит от температуры самовоспламенения топлива.
Вторичная каталитическая горелка может быть нагрета до рабочей температуры термическим воспламенением топлива в кислородсодержащем газе реакциями воспламенения.
Газогенератор далее содержит охлаждающие устройства для охлаждения дымовых газов от первичной и/или вторичной каталитических горелок или от зоны каталитического частичного окисления.
Температура дымового газа первичной каталитической горелки или зоны каталитического частичного окисления и температура дымового газа вторичной каталитической горелки может достигать 1000°С. Следовательно, дымовые газы, по меньшей мере частично, охлаждают охлаждающим устройством до температуры, которая подходит для следующей стадии. Охлаждающее устройство может быть холодильником типа холодильника с вынужденной конвекцией или теплообменником типа теплообменника со свободной конвекцией. Например, оно может иметь газовые трубопроводы для воздушного охлаждения вынужденной конвекцией или может иметь открытые каналы или ребристые трубки для охлаждения естественной конвекцией.
Катализаторы и охлаждающие устройства газогенератора могут быть интегрированы в виде покрытых катализатором охлаждающих устройств, таких как покрытые катализатором теплообменники.
Абсорбер кислорода для поглощения кислорода из дымового газа вторичной каталитической горелки содержит подходящий, устойчивый к высокой температуре, материал для удаления кислорода из дымового газа. Могут быть использованы различные высокотемпературные сорбенты кислорода. Сорбенты кислорода могут быть в форме насадки или в форме монолита. Подходящие сорбенты содержат ультратонкие порошки железа и обедненную кислородом керамику типа перовскита. Примеры керамических материалов типа перовскита включают легированные стронцием и железом кобальтиты лантана, имеющие общую формулу La1-xSrxCo1-yFeyO3-δ, где х лежит в интервале от 0,2 до 0,95, предпочтительно от 0,5 до 0,9; y лежит в интервале от 0 до 1, предпочтительно от 0,05 до 0,6; а δ представляет собой недостаток кислорода (нестехиометрию по кислороду) и, предпочтительно, лежит в интервале от более 0 до около 0,5. Специфические примеры таковых представляют собой La0,1Sr0,9Co0,5Fe0,5O3-δ и La0,1Sr0,9Co0,9Fe0,1O3-δ. Эти материалы обратимо абсорбируют кислород и могут быть регенерированы газом, содержащим водород, при повышенных температурах. Эти сорбенты могут быть нанесены на устойчивый к высокой температуре носитель, такой как окись алюминия. Рабочая температура абсорбера кислорода может лежать в интервале от более 200°С до менее 600°С. Сорбенты на основе ультратонких порошков железа обычно используют при более низких температурах, тогда как сорбенты типа перовскита обычно используют при более высоких температурах. Подходящие сорбенты описаны в Ind. Eng. Chem. Res. 2002, 41, 2775-2784; Ind. Eng. Chem. Res. 2002, 41, 4837-4840; Ind. Eng. Chem. Res. 2003, 42, 4376-4381; и AlChE Journal, февраль 2006, Т.52, номер 2, 574-581. Сорбенты могут быть регенерированы восстановительным газом, таким как синтез-газ.
Реактор для проведения реакции конверсии может содержать любой подходящий катализатор конверсии. Предпочтительно, используют катализатор в форме монолита, потому что падение давления и размер слоя можно понижать. Примеры катализаторов реакции конверсии, подходящих для использования в настоящем изобретении, включают катализаторы на основе железа и хрома, катализаторы на основе меди, алюминия и цинка и катализаторы на основе благородных металлов, описанные в публикации международной заявки WO-A-2007/70260; оксиды меди, цинка и алюминия, оксиды меди, цинка и хрома и оксиды железа и хрома, доступные от Haldor Topsoe A/S, описанные в заявке на патент США US-A-2006/230680; катализаторы конверсии на основе марганца и циркония, доступные от Haldor Topsoe A/S, описанные в заявке ЕПВ ЕР-А-1445235; катализаторы на основе меди, цинка и алюминия и катализаторы из меди, цинка и хрома, доступные от Haldor Topsoe A/S, описанные в патенте США US-A-7517374; катализаторы конверсии, содержащие магний, марганец, алюминий, цирконий, лантан, церий, празеодим и/или неодим, доступные от Haldor Topsoe A/S, описанные в заявке ЕПВ ЕР-А-1149799. Примеры других подходящих катализаторов конверсии включают катализаторы конверсии на основе благородных металлов, описанные в патенте США US-B-7160533, содержащие платину и/или ее оксид, рутений и/или его оксид и, по меньшей мере, один элемент, выбранный из группы, состоящей из щелочных металлов, щелочноземельных металлов, скандия, иттрия, титана, циркония, ванадия, молибдена, марганца, железа, кобальта, родия, иридия, германия, олова, сурьмы, лантана, церия, празеодима, самария и европия, их оксиды и их смеси и катализаторы конверсии, включающие платину, палладий, родий, рутений, никель, иридий, кобальт, медь, золото, железо, серебро, их оксиды, а также их сочетания, описанные в заявке на патент США US-A-2005/22450.
Метанатор может содержать обычный катализатор конверсии в метан. Примеры подходящих катализаторов и условий конверсии в метан описаны в патенте США US-B-7560496. Предпочтительные катализаторы конверсии в метан включают рутений, никель или их сочетание. Пример коммерчески доступного катализатора представляет собой PK-7R, доступный от Haldor Topsoe A/S.
Предпочтительные варианты выполнения действия газогенератора по настоящему изобретению даны ниже.
Первый режим действия газогенератора
Первый режим действия газогенератора по настоящему изобретению показан на фиг.1.
На первой стадии топливо каталитически сжигают в кислородсодержащем газе в первичной каталитической горелке, чтобы произвести дымовой газ, содержащий кислород. В этом режиме кислородсодержащий газ, вводимый в первичную каталитическую горелку, используют в избытке относительно топлива (λ>1). Предпочтительно, чтобы сжигание в первичной каталитической горелке проводили в количестве воздуха больше стехиометрического. В предпочтительном варианте выполнения изобретения в сочетании с любым из указанных выше или ниже вариантов выполнения λ лежит в интервале от 1 до 10, более предпочтительно от 2 до 6, и наиболее предпочтительно около 3.
Материалы катализатора, подходящие для использования в первичной каталитической горелке, были описаны выше.
Примеры подходящих топлив представляют собой углеводородные топлива, такие как природный газ, биогаз, этан, пропан, бутан, а также жидкости, такие как спирты (например, метанол или этанол), диметоксиэтан (DME) и топлива на основе нефти, такие как сжиженный нефтяной газ (LPG), дизельное топливо, керосин или лигроин.
Примеры кислородсодержащих газов представляют собой воздух, кислород, кислород, разбавленный инертным газом, и смесь воздух/водяной пар, причем воздух предпочтителен.
Общая реакция сжигания в первичной каталитической горелке:
CnH2n+2+[(3n+1)/2]O2→nCO2+(n+1)H2O,
где n представляет собой целое число, по меньшей мере 1.
В случае использования природного газа и воздуха для подачи в первичную каталитическую горелку дымовой газ первичной каталитической горелки содержит кислород, азот, двуокись углерода, водяной пар, и сбалансированные другие инертные газы. Этот дымовой газ затем может быть охлажден подходящим устройством охлаждения на второй стадии перед введением во вторичную каталитическую горелку.
На третьей стадии добавляют дополнительное топливо, которое сжигают или частично окисляют полученным дымовым газом, содержащим кислород, во вторичной каталитической горелке.
Каталитические материалы, подходящие для использования во вторичной каталитической горелке, были описаны выше. Вторичная каталитическая горелка может также действовать как сетка парциального каталитического окисления, когда отношение воздух/топливо ниже единицы.
Катализатор, используемый во вторичной каталитической горелке, имеет двойную функциональную возможность. При отношениях О/С выше, чем стехиометрическое значение, требуемое для полного сгорания, он действует как катализатор сжигания; тогда как при отношениях О/С ниже стехиометрического значения, требуемого для полного сгорания, он конвертирует избыточное топливо в синтез-газ.
Генерирование защитного газа
Для генерирования защитного газа на третьей стадии добавляют дополнительное топливо в такой пропорции, чтобы количество избыточного воздуха упало до величины слегка выше нуля. Количество избыточного воздуха может быть до 10%, предпочтительно до 5%, более предпочтительно до 2% и наиболее предпочтительно до 1%.
В режиме получения защитного газа, общая реакция сжигания во вторичной каталитической горелке такова:
CnH2n+2+[(3n+1)/2]O2→nCO2+(n+1)H2O,
где n представляет собой целое число, по меньшей мере 1.
Дымовой газ вторичной каталитической горелки, который содержит азот, двуокись углерода, водяной пар, следы кислорода, а также сбалансированные другие инертные газы, затем может быть охлажден подходящим устройством охлаждения на четвертой стадии перед введением в абсорбер кислорода, где следовые количества кислорода удаляют на пятой стадии.
Полученный защитный газ (обедненный кислородом газ), который представляет собой, главным образом, смесь водяного пара, азота и двуокиси углерода, затем пропускают в реактор конверсии или метанатор на шестой стадии без реакции.
Генерирование восстановительного газа
Для генерирования восстановительного газа добавляют дополнительное топливо на третьей стадии в такой пропорции, чтобы отношение О/С было меньше стехиометрического значения, требуемого для полного сгорания. В предпочтительном варианте выполнения в сочетании с любым из указанных выше или ниже вариантов выполнения λ лежит в интервале от 0,1 до менее 1,0, более предпочтительно от 0,3 до 0,9, наиболее предпочтительно около 0,6.
В режиме получения восстановительного газа дополнительное топливо частично окисляют. Реакция каталитического частичного окисления во вторичной каталитической горелке, главным образом, такова:
CnH2n+2+(n/2)O2→nCO+(n+1)H2,
где n представляет собой целое число, по меньшей мере 1.
Дымовой газ вторичной каталитической горелки, который содержит водород и окись углерода, а также азот, двуокись углерода, водяной пар, и сбалансированные другие инертные газы, затем может быть охлажден подходящим устройством охлаждения на четвертой стадии перед пропусканием в абсорбер кислорода на пятой стадии, где он регенерирует сорбент абсорбера кислорода.
Газовую смесь из абсорбера кислорода вводят в реактор конверсии для конверсии окиси углерода в двуокись углерода или в метанатор для конверсии окиси углерода в метан.
В реакторе конверсии окись углерода превращают в двуокись углерода в соответствии со следующей реакцией:
СО+H2O↔CO2+Н2
В метанаторе окись углерода конвертируют в метан в соответствии со следующей реакцией:
СО+3Н2↔СН4+H2O
Произведенный восстановительный газ (обогащенный водородом газ), покидающий реактор конверсии или метанатор, представляет собой, главным образом, смесь водяного пара, азота, водорода, двуокиси углерода и сбалансированные другие инертные газы.
Второй режим действия газогенератора
Второй режим действия газогенератора по настоящему изобретению показан на фиг.2.
На первой стадии топливо частично окисляют кислородсодержащим газом в первичной каталитической горелке, чтобы произвести дымовой газ, содержащий окись углерода и водород. В этом режиме топливо, вводимое в первичную каталитическую горелку, используют в избытке относительно кислородсодержащего газа. В предпочтительном варианте выполнения в сочетании с любым из указанных выше или ниже вариантов выполнения λ лежит в интервале от 0,1 до менее 1,0, более предпочтительно от 0,3 до 0,9, и наиболее предпочтительно около 0,6.
Примеры каталитических материалов, подходящих для использования в первичной каталитической горелке, а также примеры подходящих топлив и кислородсодержащих газов были описаны выше.
В случае если природный газ и воздух используются в качестве подаваемых для первичной каталитической горелки, дымовой газ первичной каталитической горелки содержит водород и окись углерода, а также двуокись углерода, водяной пар, азот и сбалансированные - другие инертные газы. Дымовой газ затем может быть охлажден подходящим устройством охлаждения во второй стадии перед его введением во вторичную каталитическую горелку.
На третьей стадии добавляют дополнительный воздух для сжигания дымового газа, содержащего окись углерода и водород, во вторичной каталитической горелке.
Каталитические материалы, подходящие для использования во вторичной каталитической горелке, были описаны выше.
Генерирование защитного газа
Для генерирования защитного газа добавляют на третьей стадии дополнительный воздух в такой пропорции, чтобы сгорание дымового газа первичной каталитической горелки, содержащего водород и окись углерода, было, по существу, полным. В предпочтительном варианте выполнения в сочетании с любым из указанных выше или ниже вариантов выполнения λ лежит в интервале от 1 до 1,5, и более предпочтительно около 1,1 (λ в отношении водорода и окиси углерода).
Дымовой газ вторичной каталитической горелки, который состоит из следов кислорода, двуокиси углерода, водяного пара и инертных газов (включая азот и благородные газы), затем может быть охлажден подходящим устройством охлаждения на четвертой стадии перед его введением в абсорбер кислорода, где следовые количества кислорода удаляют на пятой стадии.
Полученный защитный газ (обедненный кислородом газ), который представляет собой, главным образом, смесь водяного пара, азота и двуокиси углерода, затем пропускают в реактор конверсии или метанатор на шестой стадии без реакции.
Генерирование восстановительного газа
Для генерирования восстановительного газа добавляют дополнительное топливо на третьей стадии в количестве ниже стехиометрического для проведения частичного сжигания дымового газа первичной каталитической горелки, содержащего водород и окись углерода. В предпочтительном варианте выполнения в сочетании с любым из указанных выше или ниже вариантов выполнения λ лежит в интервале от 0,1 до 0,7, более предпочтительно от 0,2 до 0,5, и наиболее предпочтительно около 0,3.
Дымовой газ вторичной каталитической горелки, который содержит водород и окись углерода, а также азот, двуокись углерода, водяной пар, и сбалансированные другие инертные газы, затем может быть охлажден подходящим устройством охлаждения на четвертой стадии перед его пропусканием через абсорбер кислорода на пятой стадии, где он регенерирует сорбент абсорбера кислорода.
Газовую смесь от абсорбера кислорода вводят в реактор конверсии для конверсии окиси углерода в двуокись углерода, или в метанатор для конверсии окиси углерода в метан.
Произведенный восстановительный газ (обогащенный водородом газ), покидающий реактор конверсии или метанатор, представляет собой, главным образом, смесь водяного пара, азота, водорода, двуокиси углерода и сбалансированных других инертных газов.
Фиг.3 представляет собой схематический чертеж, иллюстрирующий специфический вариант выполнения газогенератора, эксплуатируемого по первому режиму.
Генератор защитного/восстановительного газа, показанный в фиг.3, содержит средства для введения топлива (1) и кислородсодержащего газа (4). Топливо (1) вводят через газовую форсунку (2) в камеру сгорания топлива (6), где его смешивают с воздухом (4), используемым в качестве кислородсодержащего газа, проходящего через воздухораспределитель (3). Смесь воспламеняют подходящим устройством воспламенения (5), которое может быть свечой зажигания, электрической нитью или электрическим нагревателем. Избыточный воздух, эквивалентный адиабатической температуре пламени ниже 1200°С, используют для сжигания. Может быть предусмотрен экран для пламени (7), чтобы отделить камеру сгорания (6) от лежащих ниже по ходу потока компонентов и защитить их.
Когда первичная каталитическая горелка (8) нагрелась до температуры выше определенной (например, около 580°С для природного газа), газовую форсунку (2) закрывают на несколько секунд, чтобы убрать пламя в камере сгорания (6). В течение этого периода воздух течет вниз, чтобы остудить камеру сгорания (6) ниже температуры самовоспламенения топлива. Сгорание переключают от камеры сгорания (6) на первичную каталитическую горелку (8), в которой топливо сгорает в избыточным воздухе.
Дымовой газ первичной каталитической горелки (8) содержит кислород, азот, двуокись углерода, водяной пар и сбалансированные другие инертные газы.
Температура дымового газа первичной каталитической горелки (8) может достигать 1000°С. Следовательно, дымовой газ, по меньшей мере частично, охлаждают охлаждающимся устройством (9) до подходящей температуры (например, ниже 600°С). Охлаждающееся устройство (9) может быть холодильником с вынужденной конвекцией или теплообменником со свободной конвекцией. Например, оно может иметь газовые трубопроводы для воздушного охлаждения принудительной конвекцией или может иметь открытые каналы или ребристые трубки для охлаждения естественной конвекцией. Фиг.3 показывает охлаждающее устройство (9), которое представляет собой холодильник дымового газа с отбойными перегородками, в который охлаждающий воздух (11) вводят через ребристые каналы (10). Нагретый охлаждающий воздух (11) удаляют через выходной патрубок (12).
Кислород, содержащийся в дымовом газе, затем сжигают с дополнительным топливом (15) во вторичной каталитической горелке (14).
Дополнительное топливо (15) может быть подано через газовую форсунку (17) и может быть смешано с охлажденным дымовым газом в зоне смешения (13). Полученная смесь затем проходит через канал ввода топлива (16) во вторичную каталитическую горелку (14). В ином случае, в случае, когда катализатор вторичной каталитической горелки (15) находится в форме неподвижного слоя, дополнительное топливо может быть добавлено выше этого неподвижного слоя. Добавление топлива можно регулировать массовым расходомером, дозирующим насосом, электромагнитным клапаном или контрольным клапаном. Выбор подходящего регулирующего устройства зависит от объема производства защитного/восстановительного газа.
Генерирование защитного газа
Для генерирования защитного газа добавляют дополнительное топливо (15) в такой пропорции, чтобы падение избытка воздуха было немного выше нуля.
Дымовой газ первичной каталитической горелки (14) содержит азот, двуокись углерода, водяной пар, следовые количества кислорода, и сбалансированные другие инертные газы.
Температура дымового газа вторичной каталитической горелки (14) может достигать 1000°С. Для удаления следовых количеств кислорода дымовой газ должен быть охлажден до температуры ниже 600°С. Охлаждающееся устройство для дымового газа может быть холодильником с вынужденной конвекцией или теплообменником со свободной конвекцией. Например, оно может иметь газовые трубопроводы для воздушного охлаждения принудительной конвекцией или может иметь открытые каналы или ребристые трубки для охлаждения естественной конвекцией. Фиг.3 показывает охлаждающее устройство (19), где охлаждающий воздух (20) пропускают через ребристые каналы (18). Нагретый охлаждающий воздух (20) удаляют через выход (24).
Охлажденный дымовой газ, имеющий температуру менее 600°С, пропускают через абсорбер кислорода (22), где удаляют следовые количества кислорода.
Произведенный защитный газ, представляющий собой, главным образом, смесь водяного пара, азота и двуокиси углерода, пропускают в конвертор окиси углерода (23) без реакции и затем он покидает газогенератор через выход (24).
Генерирование восстановительного газа
Для генерирования восстановительного газа дополнительное топливо (15) добавляют в такой пропорции, чтобы отношение О/С было меньше стехиометрической величины, требуемой для полного сгорания. Это должно быть сделано только когда конвертор окиси углерода (23) находится при высокой температуре (выше 300°С).
Дымовой газ вторичной каталитической горелки (14) содержит азот, двуокись углерода, водяной пар, водород, окись углерода и сбалансированные другие инертные газы.
Произведенный синтез-газ пропускают через абсорбер кислорода (22), где он регенерирует сорбент. Затем газ пропускают через конвертор окиси углерода (24), где окись углерода превращают в двуокись углерода или метан.
Произведенный восстановительный газ, который представляет собой, главным образом, смесь водяного пара, азота, водорода, двуокиси углерода и сбалансированные другие инертные газы, затем покидает газогенератор через выход (24).
Пример
На фиг.4 дан пример типичной конфигурации системы SOFC на основе природного газа (NG), где интегрирован генератор защитного/восстановительного газа.
Газогенератор по настоящему изобретению применим для систем SOFC, имеющих мощность от нескольких сотен ватт до нескольких сотен киловатт.
В примере используют катализаторы первичной каталитической горелки (8) и вторичной каталитической горелки (14) на основе палладия. Защитный газ используют, чтобы нагревать блок SOFC до температуры около 300°С, тогда как восстановительный газ используют, чтобы нагревать блок далее до рабочей температуры, то есть до температуры от около 650°С до 800°С. Конвертор окиси углерода (24), используемый в примере, представляет собой реактор конверсии.
Система, показанная на фиг.4, содержит нагреватель подачи в реактор предварительного реформинга (1); реактор предварительного реформинга (2), который превращает высшие углеводороды, содержащиеся в природном газе, в метан; нагреватель анодного газа (3); генератор защитного/восстановительного газа (4); блок SOFC (5); нагреватель катодного воздуха (6); каталитическую горелку (7), которая сжигает ядовитые и взрывчатые газы, содержащиеся в отходящем от анода газе; охладитель рециркулирующего анодного газа (8) и воздуходувку рециркулирующего анодного газоа (9).
Реактор предварительного реформинга (2), который действует как генератор метана, содержит обычный катализатор предварительного реформинга, такой как катализатор на основе никеля, и/или катализатор на основе благородных металлов, таких как платина или родий. Пример реактора предварительного реформинга, подходящего для использования в настоящем изобретении, описан в заявке ЕПВ ЕР-А-1413547.
Каталитическая горелка (7) содержит обычный катализатор окисления, возможно, нанесенный на подходящий носитель. Примеры катализаторов окисления включают благородные металлы, такие как платина, палладий, рутений, родий, иридий, золото и серебро, а также их соединения, сплавы и смеси. Примеры носителей содержат пористые материалы, такие как окись алюминия, стабилизированная окись алюминия, окись циркония, окись иттрия, окись лантана, окись церия, окись скандия и их сочетание. Описанные ранее катализаторы из благородных металлов, подходящие для использования в первичной и вторичной каталитических горелках (8) и (15), также могут быть использованы в каталитической горелке (7).
Система запуска
Запускают генератор защитного/восстановительного газа (4) и каталитическую горелку (7). Для запуска генератора защитного/восстановительного газа (4) генерируют защитный газ. Анодный газ рециклизируют, чтобы аккумулировать водяной пар в замкнутой петле [(5), (3), (8), (9), (1), (2), (4), (5); см. фиг.4], в то время как катодный воздух нагревают и используют, чтобы нагревать блок SOFC (5) до температуры около 300°С. Тем временем, реактор предварительного реформинга (2) защищают смесью природного газа и защитного газа, пока его постепенно нагревают.
Типичный природный газ (метан 89%, этан 6%, пропан 3%, бутан 0,5%, инертный газ 1,5%) используют в качестве топлива, а воздух используют в качестве кислородсодержащего реагента.
В первичной каталитической горелке (8) устанавливают объемное отношение воздух/топливо 17,8 (О/С=6,5), тогда как добавляют дополнительное топливо во вторичную каталитическую горелку (15) до достижения полного отношения О/С 3,9.
При указанных выше условиях получают при температуре около 1000°С защитный газ с мольным составом азот 69%, водяной пар 19%, двуокись углерода 9% и сбалансированные другие инертные газы.
Когда температура блока SOFC (5) лежит выше 300°С, генератор защитного/восстановительного газа (4) переключают в режим восстановительного газа. Это достигается посредством ввода большего количества топлива во вторичную каталитическую горелку (14) так, чтобы отношение О/С понизилось ниже стехиометрической величины, требуемой для полного сгорания. При понижении отношения О/С до величины около 3, получают синтез-газ, имеющий мольный состав азот 65%, двуокись углерода 7,5%, водяной пар 16,5%, водород 5,5%, окись углерода 4% и сбалансированные другие инертные газы, и имеющий температуру около 1000°С. Этот газ затем охлаждают до температуры менее 600°С. Охлажденный синтез-газ пропускает в абсорбер кислорода (22), где он регенерирует сорбент. В последующем реакторе конверсии (23) окись углерода превращают в двуокись углерода.
Восстановительный газ с мольным составом азот 65%, двуокись углерода 11%, водяной пар 13%, водород 9%, окись углерода 0,5% и сбалансированные другие инертные газы получают при 440°С после прохождения реактора конверсии (24).
Имея восстановительную атмосферу внутри блока SOFC (5) и реактора предварительного реформинга (2), блок нагревают до температуры около 650°С.
Выключение системы
Генератор защитного/восстановительного газа (4) запускают введением воздуха и избытка топлива в него, чтобы произвести синтез-газ. Блок SOFC (5) охлаждают до температуры около 400°С и выключают каталитическую горелку (7). Дополнительное топливо для генератора защитного/восстановительного газа (4) забирают для генерации защитного газа. Блок SOFC (5) и реактор предварительного реформинга (2) далее охлаждают до температуры ниже 150°С и затем выключают подачу топлива и воздуха к генератору защитного/восстановительного газа (4).

Claims (13)

1. Газогенератор для конверсии топлива в обедненный кислородом газ и/или обогащенный водородом газ, который содержит следующие агрегаты, интегрированные внутри оболочки реактора и расположенные последовательно:
- первичную каталитическую горелку или зону каталитического частичного окисления, и за ней
- вторичную каталитическую горелку для проведения сгорания или каталитического частичного окисления,
- охлаждающие устройства для охлаждения дымовых газов от первичной и/или вторичной каталитических горелок или от зоны каталитического частичного окисления,
- абсорбер кислорода для поглощения кислорода от дымового газа вторичной каталитической горелки, и за ним
- реактор конверсии или метанатор для конверсии моноокиси углерода в дымовом газе от вторичной каталитической горелки до двуокиси углерода или метана.
2. Газогенератор по п.1, отличающийся тем, что термическая горелка расположена выше по ходу первичной каталитической горелки или зоны каталитического частичного окисления.
3. Газогенератор по п.2, отличающийся тем, что термическая горелка содержит устройство зажигания топлива.
4. Газогенератор по любому из пп.1-3, отличающийся тем, что первичная и вторичная каталитические горелки содержат катализатор из благородного металла.
5. Газогенератор по п.4, отличающийся тем, что катализатор из благородного металла содержит, по меньшей мере, один металл из платины, палладия, рутения, родия, осмия, золота и серебра.
6. Газогенератор по п.4, отличающийся тем, что катализатор из благородного металла находится в форме катализатора в неподвижном слое, сетки, ячеек, каталитического твердого тела или структурированного катализатора.
7. Способ конверсии топлива в обедненный кислородом газ и/или обогащенный водородом газ, причем этот способ содержит стадии:
- каталитического сжигания топлива в первичной каталитической горелке содержащим кислород газом, чтобы произвести дымовой газ, содержащий кислород,
с последующим
- сжиганием или частичным окислением дымового газа, содержащего кислород, с избыточным топливом во вторичной каталитической горелке, чтобы произвести газ, содержащий водород и моноокись углерода, или газ, содержащий следы кислорода,
и либо
- снижения следовых количеств кислорода в газе, содержащем следы кислорода, и получения обедненного кислородом газа,
либо
- снижения количества моноокиси углерода, присутствующей в газе, содержащем водород и моноокись углерода, каталитической конверсией до двуокиси углерода или метана, чтобы получать обогащенный водородом газ.
8. Способ по п.7, отличающийся тем, что первичную и вторичную каталитические горелки нагревают до рабочей температуры путем термического зажигания топлива газом, содержащим кислород, реакциями воспламенения.
9. Способ по п.7, отличающийся тем, что дымовой газ, содержащий кислород, и/или газ, содержащий водород и моноокись углерода, или газ, содержащий следы кислорода, охлаждают перед следующей стадией.
10. Способ по п.8 или 9, отличающийся тем, что сгорание в первичной каталитической горелке проводят при количестве воздуха выше стехиометрического.
11. Способ конверсии топлива в обедненный кислородом газ и/или обогащенный водородом газ, причем этот способ содержит стадии:
- каталитического частичного окисления топлива в первичной каталитической горелке содержащим кислород газом, чтобы произвести дымовой газ, содержащий моноокись углерода и водород,
с последующим
- сжиганием дымового газа, содержащего моноокись углерода и водород, во вторичной каталитической горелке, чтобы произвести газ, состоящий из следов кислорода, двуокиси углерода, водяного пара и инертных газов, или газ, содержащий водород и моноокись углерода, причем количество моноокиси углерода, присутствующей после сжигания дымового газа во вторичной каталитической горелке, снижается по сравнению с количеством, присутствующим перед сжиганием дымового газа во вторичной каталитической горелке,
с последующим либо
- снижением количества кислорода в газе, состоящем из следов кислорода, двуокиси углерода, водяного пара и инертных газов, и получением обедненного кислородом газа,
либо
- конверсией моноокиси углерода, присутствующей в газе, содержащем водород и моноокись углерода, до двуокиси углерода или метана и получением обогащенного водородом газа.
12. Способ по п.11, отличающийся тем, что первичную и вторичную каталитические горелки нагревают до рабочей температуры путем термического зажигания топлива содержащим кислород газом реакциями воспламенения.
13. Способ по п.11, отличающийся тем, что сгорание во вторичной каталитической горелке является полным или его проводят при количестве воздуха выше стехиометрического.
RU2010151606/07A 2009-12-17 2010-12-16 Газогенератор для конверсии топлива в обедненный кислородом газ и/или обогащенный водородом газ, его применение и способ конверсии топлива в обедненный кислородом газ и/или обогащенный водородом газ (его варианты) RU2539561C2 (ru)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP09015643.1 2009-12-17
EP09015643A EP2336083A1 (en) 2009-12-17 2009-12-17 Gas generator and processes for the conversion of a fuel into an oxygen-depleted gas and/or hydrogen-enriched gas

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2010151606A RU2010151606A (ru) 2012-06-27
RU2539561C2 true RU2539561C2 (ru) 2015-01-20

Family

ID=42110285

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2010151606/07A RU2539561C2 (ru) 2009-12-17 2010-12-16 Газогенератор для конверсии топлива в обедненный кислородом газ и/или обогащенный водородом газ, его применение и способ конверсии топлива в обедненный кислородом газ и/или обогащенный водородом газ (его варианты)

Country Status (8)

Country Link
US (1) US8986405B2 (ru)
EP (1) EP2336083A1 (ru)
JP (1) JP5773240B2 (ru)
KR (1) KR20110069727A (ru)
CN (1) CN102104166A (ru)
AU (1) AU2010253491B2 (ru)
CA (1) CA2725699A1 (ru)
RU (1) RU2539561C2 (ru)

Families Citing this family (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6230533B2 (ja) 2011-07-25 2017-11-15 エイチ２ カタリスト、エルエルシー 水素を生成するための方法およびシステム
CN103918115A (zh) * 2011-11-09 2014-07-09 吉坤日矿日石能源株式会社 固体氧化物燃料电池系统及其启动方法
JP5731357B2 (ja) * 2011-11-09 2015-06-10 Ｊｘ日鉱日石エネルギー株式会社 固体酸化物形燃料電池システム及びその起動制御方法
WO2013069633A1 (ja) * 2011-11-09 2013-05-16 Ｊｘ日鉱日石エネルギー株式会社 固体酸化物形燃料電池システム及びその起動制御方法
FI123857B (en) * 2012-02-10 2013-11-29 Convion Oy Method and apparatus for utilizing recirculation in a high temperature fuel cell system
EP2915779B1 (en) 2012-10-31 2019-11-06 Korea Institute Of Machinery & Materials Integrated carbon dioxide conversion system for connecting oxy-fuel combustion and catalytic conversion process
KR101695933B1 (ko) * 2014-04-22 2017-01-13 한국과학기술연구원 고체산화물셀 시스템 및 그 제어 방법
WO2017031337A1 (en) * 2015-08-18 2017-02-23 Lg Fuel Cell Systems, Inc. Solid oxide fuel cell system comprising a higher hydrocarbon reduction unit
RU2608749C1 (ru) * 2015-11-24 2017-01-24 Общество с ограниченной ответственностью "ТОУ" Электрохимический генератор на твёрдооксидных топливных элементах
CN108475799B (zh) * 2015-12-15 2021-07-09 日产自动车株式会社 燃料电池系统以及燃料电池系统的控制方法
AT518956B1 (de) * 2016-08-02 2019-04-15 Avl List Gmbh Verfahren zum herunterfahren einer generatoreinheit mit einer brennstoffzellenvorrichtung
FR3057277B1 (fr) * 2016-10-12 2022-08-12 Commissariat Energie Atomique Generateur de vapeur d'eau, pour reacteur d'electrolyse ou de co-electrolyse de l'eau (soec) ou pile a combustible (sofc) a fonctionnement sous pression
CN108091907B (zh) 2016-11-22 2020-09-25 通用电气公司 燃料电池系统及其停机方法
AT520263B1 (de) * 2017-08-07 2019-12-15 Avl List Gmbh Brennstoffzellensystem mit zumindest einer Hochtemperatur-Brennstoffzelle
AT520612B1 (de) * 2017-10-22 2020-04-15 Avl List Gmbh Brenner für ein Brennstoffzellensystem mit zwei Reaktionskammern
AT523488B1 (de) * 2020-02-06 2021-12-15 Avl List Gmbh Schutz-Reformervorrichtung zum Schutz eines Anodenabschnitts eines Brennstoffzellenstapels

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CA2415536A1 (en) * 2002-12-31 2004-06-30 Long Manufacturing Ltd. Reformer for converting fuel to hydrogen
RU2280925C2 (ru) * 2000-10-30 2006-07-27 Квестэйр Текнолоджиз Инк. Разделение газов с высоким энергетическим кпд для топливных элементов
FR2899022A1 (fr) * 2006-03-24 2007-09-28 Renault Sas Dispositif et procede de mise en temperature lors du demarrage d'un systeme de pile a combustible embarque sur un vehicule automobile
WO2008001119A2 (en) * 2006-06-29 2008-01-03 Ceres Intellectual Property Company Limited Steam reforming method for fuel cells

Family Cites Families (60)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3846979A (en) * 1971-12-17 1974-11-12 Engelhard Min & Chem Two stage combustion process
US4033133A (en) * 1976-03-22 1977-07-05 California Institute Of Technology Start up system for hydrogen generator used with an internal combustion engine
JPS593216B2 (ja) 1976-06-17 1984-01-23 日産自動車株式会社 排ガス処理用触媒
US4522894A (en) 1982-09-30 1985-06-11 Engelhard Corporation Fuel cell electric power production
JPS61149425A (ja) * 1984-12-25 1986-07-08 Ngk Insulators Ltd 雰囲気ガス製造方法とその装置
DE3521767A1 (de) 1985-06-19 1987-01-02 Basf Ag Katalysatorfestbettaufbau unter verwendung wabenfoermiger koerper
DK156701C (da) 1987-08-27 1990-01-29 Haldor Topsoe As Fremgangsmaade til gennemfoerelse af heterogene katalytiske kemiske reaktioner
DE3806408A1 (de) * 1988-02-29 1989-09-07 Uhde Gmbh Verfahren und vorrichtung zur erzeugung eines h(pfeil abwaerts)2(pfeil abwaerts) und co-enthaltenden synthesegases
EP0396650B2 (de) 1988-09-02 1995-04-12 GebràœDer Sulzer Aktiengesellschaft Vorrichtung zur durchführung katalysierter reaktionen
JPH03181338A (ja) 1989-12-11 1991-08-07 Gebr Sulzer Ag 触媒エレメントおよび触媒反応用反応器
DK166514B1 (da) 1991-03-22 1993-06-01 Topsoe Haldor As Fremgangsmaade til katalytisk forbraending af braendbare stoffer i afgasser
US5235804A (en) * 1991-05-15 1993-08-17 United Technologies Corporation Method and system for combusting hydrocarbon fuels with low pollutant emissions by controllably extracting heat from the catalytic oxidation stage
FR2679217B1 (fr) * 1991-07-18 1994-04-01 Institut Francais Petrole Procede et dispositif pour la fabrication de gaz de synthese et application.
DE59308587D1 (de) 1993-08-26 1998-06-25 Sulzer Chemtech Ag Packung mit katalytischen oder adsorbierenden Mitteln
CN1065510C (zh) 1994-07-07 2001-05-09 国际壳牌研究有限公司 含有氢气和一氧化碳的混合物的制备方法
DE69704147T2 (de) * 1996-11-15 2001-08-16 Haldor Topsoee A/S, Lyngby Verfahren zur katalytischen Teiloxidation eines Kohlenwasserstoffs
US6110861A (en) 1997-06-02 2000-08-29 The University Of Chicago Partial oxidation catalyst
US5928805A (en) * 1997-11-20 1999-07-27 Siemens Westinghouse Power Corporation Cover and startup gas supply system for solid oxide fuel cell generator
DE19755814C1 (de) * 1997-12-16 1999-11-18 Dbb Fuel Cell Engines Gmbh Verfahren zum Betrieb einer Anlage zur Wasserdampfreformierung eines Kohlenwasserstoffs
DE19981437D2 (de) * 1998-07-29 2002-08-14 Heinrich Koehne Verfahren zur Verwertung eines Brennstoffes unter Nutzung exothermer Vorreaktionen in Form einer kalten Flamme
DE19860308A1 (de) * 1998-12-21 2000-08-03 Heinrich Koehne Verfahren zur Verwertung eines Brennstoffs unter Nutzung exothermer Vorreaktionen in Form einer Kalten Flamme
DE19960674B8 (de) 1999-12-15 2006-07-06 Forschungszentrum Jülich GmbH Substratgestützte Elektroden-Elektrolyt-Einheit
US6726850B1 (en) * 2000-01-14 2004-04-27 Sebastian C. Reyes Catalytic partial oxidation using staged oxygen addition
ES2208490T3 (es) 2000-04-27 2004-06-16 Haldor Topsoe A/S Procedimiento de produccion de un gas rico en hidrogeno.
JP2003089505A (ja) * 2001-09-11 2003-03-28 Aisin Seiki Co Ltd 改質装置および燃料電池システム
US8177868B2 (en) * 2002-01-04 2012-05-15 Meggitt (Uk) Limited Reforming apparatus and method
US6747066B2 (en) * 2002-01-31 2004-06-08 Conocophillips Company Selective removal of oxygen from syngas
US6958195B2 (en) * 2002-02-19 2005-10-25 Utc Fuel Cells, Llc Steam generator for a PEM fuel cell power plant
US6911193B2 (en) * 2002-04-19 2005-06-28 Conocophillips Company Integration of mixed catalysts to maximize syngas production
CA2479660C (en) * 2002-05-02 2009-11-24 Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. Fuel cell power generation system and method for operating same
ES2245424T3 (es) 2002-05-16 2006-01-01 Haldor Topsoe A/S Procedimiento y reactor de conversion de monoxido de carbono.
JP2004018363A (ja) * 2002-06-20 2004-01-22 Nissan Motor Co Ltd 燃料改質装置
DE10230149B4 (de) * 2002-07-04 2008-08-07 Sgl Carbon Ag Vorrichtung zur Erzeugung von Wasserstoff
US7250151B2 (en) * 2002-08-15 2007-07-31 Velocys Methods of conducting simultaneous endothermic and exothermic reactions
EP1413547A1 (en) 2002-09-26 2004-04-28 Haldor Topsoe A/S Process for the production of synthesis gas
CA2510656A1 (en) 2002-12-20 2004-07-15 Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha Platinum-ruthenium containing catalyst formulations for hydrogen generation
EP1445235B1 (en) 2003-02-05 2012-03-07 Haldor Topsoe A/S Process for treatment of synthesis gas
US20050022450A1 (en) 2003-02-12 2005-02-03 Cher-Dip Tan Reformer system, a method of producing hydrogen in the reformer system, and a method of using the reformer system
US20040171900A1 (en) * 2003-02-28 2004-09-02 Conocophillips Company Method and device for reactions start-up
JP4045196B2 (ja) * 2003-03-20 2008-02-13 新日本石油株式会社 触媒燃焼式バーナおよび燃料電池システム
WO2004087566A1 (en) 2003-04-01 2004-10-14 Haldor Topsøe A/S Process for the preparation of a hydrogen-rich stream
UA83400C2 (ru) 2003-12-02 2008-07-10 Нанодайнемікс, Інк. Твердооксидные топливные элементы с керметным электролитом и метод их получения
WO2005095855A1 (de) * 2004-03-30 2005-10-13 Alstom Technology Ltd Vorrichtung und verfahren zur flammenstabilisierung in einem brenner
US20050268553A1 (en) * 2004-06-04 2005-12-08 Ke Liu Hybrid water gas shift system
US7892511B2 (en) * 2004-07-02 2011-02-22 Kellogg Brown & Root Llc Pseudoisothermal ammonia process
US7510793B2 (en) * 2004-08-05 2009-03-31 Rolls-Royce Fuel Cell Systems (Us) Inc. Post-reformer treatment of reformate gas
US7261751B2 (en) * 2004-08-06 2007-08-28 Conocophillips Company Synthesis gas process comprising partial oxidation using controlled and optimized temperature profile
CN101023024A (zh) * 2004-09-20 2007-08-22 国际壳牌研究有限公司 液态烃质燃料的催化部分氧化方法
US7371358B2 (en) 2004-10-25 2008-05-13 The United States Of America As Represented By The Administrator Of The National Aeronautics And Space Administration Catalyst for treatment and control of post-combustion emissions
JP2006144665A (ja) * 2004-11-19 2006-06-08 Toyota Motor Corp 燃料改質装置
US7381230B2 (en) * 2004-12-30 2008-06-03 Conocophillips Company Reactor and process for making synthesis gas
DE102005003311A1 (de) 2005-01-24 2006-07-27 Basf Ag Katalytisch aktive Zusammensetzung zur selektiven Methanisierung von Kohlenmonoxid und Verfahren zu deren Herstellung
US7395670B1 (en) * 2005-02-18 2008-07-08 Praxair Technology, Inc. Gas turbine fuel preparation and introduction method
KR101126207B1 (ko) * 2005-02-28 2012-03-26 삼성에스디아이 주식회사 개질기용 연료 공급장치 및 연료 전지 시스템
GB0504755D0 (en) * 2005-03-08 2005-04-13 Rolls Royce Fuel Cell Systems A fuel processor for a fuel cell arrangement and a method of operating a fuel processor for a fuel cell arrangement
US7754491B2 (en) 2005-12-09 2010-07-13 The Regents Of The University Of Calif. Sensor for measuring syngas ratios under high temperature and pressure conditions
GB0605232D0 (en) * 2006-03-16 2006-04-26 Johnson Matthey Plc Oxygen removal
US20070249738A1 (en) * 2006-04-25 2007-10-25 Haynes Joel M Premixed partial oxidation syngas generator
DE102006029451B4 (de) * 2006-06-27 2008-06-12 Enerday Gmbh Verfahren, Vorrichtung und System zur Bestimmung des Lambdawertes von Reformat
JP2010517226A (ja) * 2007-01-22 2010-05-20 ロールス−ロイス・フューエル・セル・システムズ（ユーエス）インコーポレーテッド 多段燃焼器及び燃料電池システムを始動するための方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2280925C2 (ru) * 2000-10-30 2006-07-27 Квестэйр Текнолоджиз Инк. Разделение газов с высоким энергетическим кпд для топливных элементов
CA2415536A1 (en) * 2002-12-31 2004-06-30 Long Manufacturing Ltd. Reformer for converting fuel to hydrogen
FR2899022A1 (fr) * 2006-03-24 2007-09-28 Renault Sas Dispositif et procede de mise en temperature lors du demarrage d'un systeme de pile a combustible embarque sur un vehicule automobile
WO2008001119A2 (en) * 2006-06-29 2008-01-03 Ceres Intellectual Property Company Limited Steam reforming method for fuel cells

Also Published As

Publication number Publication date
KR20110069727A (ko) 2011-06-23
CA2725699A1 (en) 2011-06-17
JP2011181490A (ja) 2011-09-15
RU2010151606A (ru) 2012-06-27
US20110146154A1 (en) 2011-06-23
AU2010253491B2 (en) 2014-05-29
EP2336083A1 (en) 2011-06-22
JP5773240B2 (ja) 2015-09-02
US8986405B2 (en) 2015-03-24
AU2010253491A1 (en) 2011-07-07
CN102104166A (zh) 2011-06-22

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2539561C2 (ru) Газогенератор для конверсии топлива в обедненный кислородом газ и/или обогащенный водородом газ, его применение и способ конверсии топлива в обедненный кислородом газ и/или обогащенный водородом газ (его варианты)
US7025903B2 (en) Reformer system process
US8397509B2 (en) Catalytic engine
TWI392543B (zh) 燃料重組反應物中快速加熱之方法與裝置
KR100987823B1 (ko) 고체산화물 연료전지 시스템
EP1231183B1 (en) Fuel reformer system
US20050132650A1 (en) Fast light-off catalytic reformer
Nahar et al. Recent advances in hydrogen production via autothermal reforming process (ATR): a review of patents and research articles
KR20040014408A (ko) 연료 전지, 개질기, 또는 열 플랜트로 작동 가능한 다기능에너지 시스템
WO2003067698A1 (fr) Systeme de pile a combustible a oxyde solide
JP2009507755A (ja) 水素発生装置およびその使用方法
JP2003201103A (ja) 自己点火および炭素抑制フォームを備えたリアクタシステム
US20060143983A1 (en) Apparatus for producing hydrogen gas and fuel cell system using the same
CA2521275C (en) Anode tailgas oxidizer
CA2580647A1 (en) A process for the catalytic partial oxidation of a liquid hydrocarbonaceous fuel
JP2005213133A (ja) 改質器および燃料電池システム
KR101152586B1 (ko) 연료 개질 장치
EP1231664B1 (en) Temperature/reaction management system for fuel reformer systems
US20200168935A1 (en) Solid oxide fuel cell system configured for higher hydrocarbon fuels
Di Filippi Development and experimental validation of CPOx reforming dynamic model for fault detection and isolation in SOFC systems
JP2001106513A (ja) 燃料改質装置
Zhou et al. A review on miniaturization of solid oxide fuel cell power sources-II: from system to material
US20240351875A1 (en) Reforming units for hydrogen production
JP2003303610A (ja) 燃料電池システム及びその運転方法並びにオートサーマルリフォーミング装置
JP2005089210A (ja) 改質器とその運転方法ならびに燃料電池システム

Legal Events

Date Code Title Description
TK4A Correction to the publication in the bulletin (patent)

Free format text: AMENDMENT TO CHAPTER -FG4A- IN JOURNAL: 2-2015 FOR TAG: (57)

TK4A Correction to the publication in the bulletin (patent)

Free format text: AMENDMENT TO CHAPTER -FG4A- IN JOURNAL: 2-2015

MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20151217